孫 勤， 李蔚東， 肖 輝, 范方方， 傅東箭

(1.湖南瑞元建設(shè)工程有限公司, 湖南 長沙 410004; 2.湖南省交通規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院有限公司, 湖南 長沙 410200;3.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長沙 410015； 4.長沙理工大學(xué) 水利與環(huán)境工程學(xué)院， 湖南 長沙 410114)

0 引言

“充砂袋”圍堰是一種新的圍堰形式，因其施工簡便、取材便捷、適應(yīng)性強(qiáng)，在航道建設(shè)項(xiàng)目中得到越來越多的應(yīng)用。對比黏土圍堰與其他形式的圍堰，充砂袋圍堰不僅顯著減少工程成本，而且可以縮短工期，特別適用于多沙的湖區(qū)。我國學(xué)者在充砂袋圍堰的施工工序及施工特點(diǎn)方面研究較多，但關(guān)于其造價(jià)預(yù)測研究較少。本文結(jié)合華容河船閘充砂袋圍堰的施工工藝，運(yùn)用模糊貼近度預(yù)測方法，構(gòu)建充砂袋圍堰造價(jià)預(yù)測基本模型，為航道工程圍堰造價(jià)預(yù)測提供了新的估算方法。

1 項(xiàng)目概況

藕池東支—華容河航道位于湖南省境內(nèi)，河道全長224 km,是湖南省打通的水運(yùn)出口大通道之一，更是湘江經(jīng)洞庭湖連接長江中上游的便捷通道。

華容河船閘是湖南省藕池東支—華容河航道建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵性工程，其施工導(dǎo)流是重中之重。圍堰是確保施工正常進(jìn)行的重要節(jié)點(diǎn)，既要保證基坑正常施工，又要保證安全度汛。受土石料缺乏、環(huán)境保護(hù)及周邊影響等因素制約，土石圍堰施工方案難以實(shí)施，考慮洞庭湖區(qū)沙量巨大的特點(diǎn)，就地取材，首次在湖南省船閘圍堰施工中采用了充砂袋圍堰的施工方案，取得了預(yù)期的效果。

2 圍堰形式選擇

2.1 圍堰形式對比分析

圍堰形式的選擇應(yīng)根據(jù)河湖特性、導(dǎo)流特點(diǎn)和地質(zhì)條件、料源狀況等因素來確定?，F(xiàn)有航道工程中圍堰主要采用木板樁、鋼板樁、土石圍堰等形式，隨著施工機(jī)械大型化、專業(yè)化的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了充砂袋的圍堰形式，各種圍堰的適用條件與優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。

2.2 圍堰施工方案選擇

華容河航道河道較寬、水深較大，顯然不適合使用木板樁圍堰。首先，若采用土石圍堰，內(nèi)河全年圍堰臨水面、背水面分別按照1∶2和1∶1.5坡比進(jìn)行放坡，圍堰設(shè)計(jì)頂寬4.5 m，堰底高程21.5m，圍堰高12 m，則堰底寬度將達(dá)到46.5 m，將擠壓六門閘過流斷面寬度。圍堰土石總量約8萬m3，且土石料運(yùn)距超過20 km，經(jīng)濟(jì)性欠佳。其次，考慮到基坑地質(zhì)為流動(dòng)性粉質(zhì)淤泥層與黏土硬塑層，土石圍堰方案施工工期可能較長。因此，為

表1 圍堰形式的適用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)圍堰形式適用范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)木板樁圍堰適用于小型水利項(xiàng)目,可用于水流流速較小、水深較淺、河床地質(zhì)透水性較強(qiáng)的河流條件施工方法簡便,技術(shù)難度低,木質(zhì)施工材料獲取便捷密封性較差,木板受水流影響存在腐蝕現(xiàn)象鋼板樁圍堰一般適用于水深較大、地質(zhì)透水性較強(qiáng)的河流鋼板強(qiáng)度高,防滲性能好,鋼板材料可以重復(fù)使用,回收利用價(jià)值高鋼板質(zhì)量較大,施工受風(fēng)浪、浮吊技術(shù)等因素影響較大土石圍堰適用于河床地質(zhì)穩(wěn)定、通透性弱的河流土石料來源較為廣泛,成本低;技術(shù)操作簡單,使用工期長土體透水性較強(qiáng),易發(fā)生滲透破壞及邊坡失穩(wěn)的狀況充砂袋圍堰適用于大型工程項(xiàng)目,可用于地基較差、地質(zhì)河床較軟弱的河流砂料成本低,且容易獲得;施工適應(yīng)性強(qiáng),施工作業(yè)面廣,效率高擋水高度受限,砂袋堆高、砂袋充填與拆除需專業(yè)船機(jī)配合

降低施工成本且保證六門閘過流斷面寬度，采用充砂袋圍堰的施工方案，將內(nèi)河全年圍堰內(nèi)外坡比全部調(diào)整為1∶1.5，27.5 m高程以下采用充砂袋圍堰，在圍堰底部加筑子堰，堰頂高程33.5 m，圍堰底寬隨之減小。

3 充砂袋圍堰施工工藝

充砂袋圍堰施工工藝流程如圖1所示。

圖1 充砂袋圍堰施工工藝流程

3.1 充砂袋主要技術(shù)指標(biāo)

充砂袋尺寸應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)斷面確定，袋體在橫斷面方向整塊制作并在設(shè)計(jì)圍堤斷面寬度的基礎(chǔ)上適當(dāng)加長，寬度根據(jù)水位及施工工效確定。本工程充砂袋材質(zhì)采用的是 230 g /m2的防老化聚丙烯編織布，具體指標(biāo)見表2?？p制方式分為橫縫縫制和縱縫縫制，以8 m為標(biāo)準(zhǔn)，寬度≥8 m的充砂袋采用橫縫縫制，寬度<8 m的采用縱縫縫制。采用鏈?zhǔn)结樐_縫合，縫合縫應(yīng)避免彎曲，縫制線強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

表2 充砂袋袋體指標(biāo)抗拉強(qiáng)度/(kN·m-1)縱向橫向延伸率/%等效孔/mmO90O95垂直滲透系數(shù)/(cm·s-1)≥46≥33≤25>0.07<0.5>2×10-3

充砂袋的單層厚度控制在0.5 m左右，充填飽滿度控制在85%左右，充填后的干重度達(dá)到14.5 kN/m3。充填料為砂源區(qū)砂，也可采用排水性較好的砂性土、粉細(xì)砂類料，保證粒徑大于0.075 mm以上的顆粒含量大于75%，黏粒含量小于5%，避免雜質(zhì)和有機(jī)質(zhì)混入。

平均 16～20 m2布置1個(gè)袖口，袖口縱向間距為 5 m ，橫向布置4個(gè)，均勻布設(shè)。袖口材料與袋體同，直徑25cm，伸入袋體 30 cm，外露袋面長度根據(jù)水深確定，袖口和袋體連接采用包縫縫接方式。制作袋體與袖口的原材料進(jìn)場后都應(yīng)進(jìn)行取樣檢測，合格后方可進(jìn)行加工生產(chǎn)。

3.2 施工方法

砂袋的鋪設(shè)方式有水上鋪設(shè)與水下鋪設(shè)，均采用泥漿泵充灌，施工順序?yàn)橄人潞笏?，水下砂袋采用定位船鋪設(shè)，水上砂袋采用人工鋪設(shè)。

3.2.1水下鋪設(shè)與充灌

砂袋水下部分鋪設(shè)需利用兩條對拉船進(jìn)行定位，對拉船與圍堰軸線分別平行布置在圍堰軸線的兩側(cè)。將制作好的袋體先放置在臨水側(cè)對拉船上，再將袋體的4個(gè)角綁扎牽引繩并分別連接到兩條對拉船上。泥漿泵管需插入袋體袖口內(nèi)并綁扎牢固，綁扎完成后即可開動(dòng)背水側(cè)對拉船上的絞錨機(jī)將袋體展開平鋪在軸線位置，鋪設(shè)到位后再進(jìn)行砂料充灌工作。充灌需要注意提前將泥漿泵開機(jī)以便清出管內(nèi)清水，充灌應(yīng)按“先高后低，由中間向兩邊”的順序進(jìn)行，以防皺褶。

3.2.2水上鋪設(shè)與充灌

人工鋪設(shè)即人工將袋體展開，袋體邊緣與放樣標(biāo)記對齊，鋪設(shè)形式采用階梯式，使砂袋層層疊壓。鋪設(shè)時(shí)為杜絕水平、垂直通縫，同一層袋體之間不應(yīng)有間隔并保證相互之間搭接大于1 m，上、下層袋體應(yīng)錯(cuò)縫鋪設(shè)并保證錯(cuò)距大于5 m。充灌時(shí)可在袋體上施加重物以防止袋體滑動(dòng)。

4 基于模糊貼近度原理的造價(jià)預(yù)測模型

4.1 模糊貼近度原理

模糊貼近度是一種以相似性為依據(jù)，模擬與比較為手段，模糊集合論為方法的數(shù)學(xué)識別模式。在模糊數(shù)學(xué)中，模糊貼近度原理通常用來解決相似性問題，在工程建設(shè)中，同樣也可以引用模糊貼近度原理來解決相應(yīng)問題。例如，在項(xiàng)目決策階段，工程造價(jià)估算的及時(shí)性和準(zhǔn)確性對提高項(xiàng)目投資效益具有重要意義[1]，對于圍堰等大型臨時(shí)工程來說，若直接利用概預(yù)算定額[2]進(jìn)行估算，其估算結(jié)果與實(shí)際施工造價(jià)會(huì)存在差異，尤其是在施工方法創(chuàng)新的情況下?；诖耍梢詫⒛：N近度原理運(yùn)用在圍堰等大型臨時(shí)工程的造價(jià)估算中，以提高造價(jià)估算的及時(shí)性與準(zhǔn)確性。運(yùn)用模糊貼近度原理進(jìn)行造價(jià)估算時(shí)，首先要找出與擬建工程相似的已建工程，并確定兩者的模糊關(guān)系，再對兩者相似程度進(jìn)行定量化，確定貼近度，建立估算模型，最后利用模糊貼近度的數(shù)學(xué)估算表達(dá)式計(jì)算出擬建工程的單位造價(jià)[3]。

4.2 建立模糊關(guān)系

首先判斷擬建工程的類型，并分析其特征，根據(jù)擬建工程的特征和要求，找出具有相同或相似特征，然后將能代表工程主要特征的特征元素集合成特征論域[4]。假設(shè)找出n個(gè)相似的已建工程，并用Si(i=1，2，…，n)表示已建工程，用Sx表示擬建工程。對每個(gè)可供參考的已建工程進(jìn)行比較分析，選擇出相同且具有代表性的工程特征元素，一般選取m個(gè)特征元素，使用li表示特征元素，將這些特征元素集合成特征論域并用U表示，則U=(l1，l2，…，lm)。

4.3 確定貼近度

建立擬建工程和已建工程的模糊關(guān)系矩陣之后，即可確定兩者的模糊貼近度。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論，模糊貼近度公式為:

(Si，Sj)=[Si·Sj+(1-Si⊙Sj)]/2

(1)

式中:Si·Sj=∨λ=1n(Siλ∧Sjλ)為內(nèi)積；Si⊙Sj=∧λ=1n(Siλ∨Sjλ)為外積；∨表示取大運(yùn)算，∧表示取小運(yùn)算。

4.4 建立預(yù)測模型

將計(jì)算出的擬建工程與已建工程的貼近度由ai(i=1，2…n)表示，并由大至小排列為a1、a2、a3、…、an，依據(jù)擇近原則，取模糊貼近度最大的3個(gè)已建工程的相關(guān)資料為估算擬建工程造價(jià)的主要依據(jù)，如：若Sx與S1模糊貼近度最大，則為a1；Sx與S2的模糊貼進(jìn)度次之，則為a2；Sx與S3的模糊貼近度為第3，則為a3；且三者關(guān)系為a1≥a2≥a3。設(shè)S1、S2、S3工程對應(yīng)的單位造價(jià)為c1、c2、c3，一般取每立方米造價(jià)。確定擬建工程的單位造價(jià)C的估算公式為：

(2)

式中：k為調(diào)整系數(shù)，可以依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)來確定。

5 實(shí)例分析

將工程造價(jià)預(yù)測模型應(yīng)用于華容河航道工程的圍堰工程，通過對該工程相關(guān)資料以及類似工程長沙綜合樞紐、大源渡樞紐、南茅運(yùn)河等船閘進(jìn)行綜合分析，可利用模糊貼近度的方法對其進(jìn)行工程造價(jià)預(yù)測。

首先建立工程項(xiàng)目模糊關(guān)系。通過對多個(gè)同類型已建的工程項(xiàng)目資料進(jìn)行分析，最終選出最相似的6個(gè)圍堰工程項(xiàng)目，分別表示為S1～S6。根據(jù)擬建工程的特征，確定出具有代表性的工程特征元素集合U=(工程量、地質(zhì)條件、施工條件、施工方法、材料可獲得性)，根據(jù)特征論域，計(jì)算出各元素的隸屬函數(shù)值，則可確定工程模糊關(guān)系系數(shù)，如表3所示。

表3 工程模糊關(guān)系系數(shù)工程類型代號工程量地質(zhì)條件施工條件施工方法材料可獲得性S10.830.700.840.690.78S20.850.770.810.820.90已建工程S30.850.680.790.750.87S40.800.820.830.850.79S50.760.850.800.770.85S60.900.780.850.800.87擬建工程Sx0.840.810.870.790.86

確定已建工程和擬建工程的工程模糊系數(shù)之后，即可根據(jù)模糊貼近度數(shù)學(xué)計(jì)算公式計(jì)算出兩者的貼近度。Sx與Si(i=1，2，3，4，5，6)的貼近度計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 擬建工程與已建工程的貼近度計(jì)算項(xiàng)目S1S2S3S4S5S6Sx·Si0.840.860.860.830.850.86Sx☉Si0.790.810.790.810.790.80Sx與Si的貼近度0.5250.5250.5350.5100.5300.530

根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)，對貼近度數(shù)值進(jìn)行從大到小排序，分別為0.535，0.530，0.530，0.525，0.525，0.510。根據(jù)擇近原則，選出3個(gè)貼近度數(shù)值最大的已建工程作為估算擬建工程造價(jià)的基礎(chǔ)，分別為S3、S5、S6對應(yīng)的貼近度數(shù)值，即a1=0.535，a2=0.530，a3=0.530。

已知已建工程S3的單位工程造價(jià)約為c1=122元/m3；S5的單位工程造價(jià)約為c2=131元/m3；S6的單位工程造價(jià)約為c3=128元/m3。依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整系數(shù)k的取值范圍為1.02～1.05，本工程取k=1.04，利用模糊數(shù)學(xué)公式估算圍堰工程的單位工程造價(jià)。根據(jù)式(2)，可得C=130.44元/m3。

估算出擬建工程的造價(jià)之后，需對其結(jié)果進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)。利用以上方法對該工程造價(jià)進(jìn)行估算，并與實(shí)際造價(jià)進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，估算結(jié)果比概算定額價(jià)低約8%，與其實(shí)際造價(jià)的誤差小于10%，可說明利用模糊貼近度的造價(jià)估算方法可行，預(yù)估結(jié)果可靠。

6 結(jié)語

介紹了一種基于模糊貼近度原理的圍堰造價(jià)預(yù)測方法，并以華容河航道圍堰工程為例進(jìn)行驗(yàn)證。從實(shí)際情況表現(xiàn)來看，用模糊貼近度方法估算出的工程造價(jià)與該工程實(shí)際造價(jià)誤差小于10%，具有較好的吻合度。因此，在確定出較為準(zhǔn)確的模糊參數(shù)前提下，模糊貼近度的造價(jià)預(yù)測方法相對于傳統(tǒng)造價(jià)估算方法，其估算速度會(huì)更及時(shí)、準(zhǔn)確，對工程造價(jià)的預(yù)測有較好的參考價(jià)值。